CN111271140A - 一种主动振动控制装置及振动控制的方法 - Google Patents

一种主动振动控制装置及振动控制的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111271140A
CN111271140A CN202010050597.6A CN202010050597A CN111271140A CN 111271140 A CN111271140 A CN 111271140A CN 202010050597 A CN202010050597 A CN 202010050597A CN 111271140 A CN111271140 A CN 111271140A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vibration
signals
signal
exciter
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010050597.6A
Other languages
English (en)
Inventor
方挺
王继强
胡忠志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN202010050597.6A priority Critical patent/CN111271140A/zh
Publication of CN111271140A publication Critical patent/CN111271140A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F01D25/06—Antivibration arrangements for preventing blade vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种主动振动控制装置及振动控制的方法，具体为：信号发生器产生振动信号，并传送至功率放大器进行功率放大，再传送至第一激振器，第一激振器带动减震器来回激振，产生与发动机的振动相似的振源；加速度传感器将振源转换为与发动机的振动信号相同的振动信号；采集卡采集振动信号，并传送至控制模块，控制模块对收到的振动信号进行PID调节，得到与振动信号频率相同、方向相反的信号，并将该信号输出至第二功率放大器，对该信号进行功率放大；第二激振器收到功率放大后的信号，产生一个和振源周期大小相同、方向相放的激振力；并将该激振力作用到第一激振器上。本发明具有成本低、结构简单、可主动调控、控制范围广、精度高等优点。

Description

一种主动振动控制装置及振动控制的方法
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，尤其涉及一种主动振动控制装置及振动控制的方法。
背景技术
航空发动机是飞机的核心部件，是一个高速运转，复杂的流体机械。因此在发动机运转过程中不可避免地会产生振动。引起发动机产生振动的原因有很多种：包括发动机结构的复杂性，零件的多样性和工作情况的多变性。据统计，发动机的结构强度故障90％以上是和振动相关的。同时航空发动机的振动会直接影响到它的正常工作和寿命。比如发动机中高速旋转的转子、叶片以及机匣的振动都会对发动机的性能和寿命有极大的限制：
[1]静子的振动不但会损坏其本身还会造成叶片和机匣的碰撞，导致叶片的损坏。
[2]发动机转子在“临界转速”附近工作时，受扰动的影响，产生极大的离心力，从而引起整个发动机的强烈振动，会导致转子寿命下降，严重的会破坏转子。
[3]发动机叶片的振动会引起叶片的损坏事故，因为转子叶片受到强大的离心力载荷，再加上振动的交变载荷，在一段时间后会产生疲劳裂纹。在某一条件下，裂纹继续延伸，会导致叶片断折或打伤其余叶片，造成严重的飞行事故。
[4]振动时密封装置也可能受损，严重时使发动机不能正常工作。
近年来，随着我国航天技术的不断发展，发动机振动问题开始逐渐受到人们的重视。因此，在发动机的制造过程中，分析和实测发动机的振动，采取有效措施减小振动幅值，提高发动机的持久性和可靠性以及保证飞行安全具有重要的意义。
振动控制是振动工程领域的一个重要研究方向。其研究目的是使被控系统的振动满足人们预设的要求。根据是否需要被控系统以外的设备来提供能量作为控制力，可分为被动控制和主动控制。长期以来工业界广泛采用被动方法来抑制振动，被动控制的方法处理振动问题效果显著。它不需要外界能源输入提供控制力，而是利用了结构阻尼等被动技术的吸收，消耗振动能量，已达到降低减振的目的。但是他们缺乏灵活性，不能够在突发环境下进行有效地自我调节，并且受到频率范围、重量和尺寸等相关因素的限制，特别是对于低频范围内的振动问题。相对于被动控制，主动控制则具有调试方便，易于修改设计等优点；对于低频振动有较好的控制效果，并且可以对宽带随机振动产生较好的振动抑制效果；能够适应未知的随机干扰以及参数变化。
目前国内对主动振动控制的研究较少，所能提供的主动振动控制平台也较为稀少，其中不乏操作复杂，制作经费高等原因。
发明内容
发明目的：为解决现有技术中主动振动控制存在操作复杂、成本高等问题，本发明提供一种主动振动控制装置及其振动控制的方法。
技术方案：本发明提供一种主动振动控制装置，该装置应用于抑制飞机发动机振动，该装置包括信号发生器、第一、二功率放大器、第一、二激振器、加速度传感器、采集卡、减震器以及控制模块；所述减震器固定安装在第一激振器上。
信号发生器产生0-2KHZ的振动信号，并将该振动信号传送至功率放大器；所述功率放大器对收到信号进行功率放大，并将放大后的信号传送至第一激振器，第一激振器带动减震器来回激振，使得减震器产生与飞机发动机的振动相同的振源；所述加速度传感器安装在减震器上，将减震器产生的振动转换为振动信号；所述采集卡每隔一段时间采集加速度传感器上的振动信号，并将该信号传送至控制模块，控制模块对收到的振动信号进行PID调节，得到与振动信号频率相同、方向相反的信号，并将该信号输出至第二功率放大器；所述第二功率放大器对收到的信号进行功率放大，并将放大后的信号传送至第二激振器；第二激振器收到放大后的信号后产生一个和振源周期大小相同、方向相反的激振力，并将该激振力作用到第一激振器上，从而抵消振源带来的振动。
进一步的，所述第一激振器和减震器之间通过螺栓连接。
进一步的，减震器为弹簧阻尼减震器。
进一步的，所述第一、二功率放大器限流范围为3-12Arms，频率范围为0-10KHz,放大倍数为0-5倍；第一、二激振器最大激振力为200N，最大行程为10mm,频率范围为0-2KHz。
进一步的，加速度传感器采用压电式且灵敏度为100mv/g的加速度传感器。
进一步的，所述控制模块采用NI-cPRIO。
进一步的，所述采集卡每隔10～100ms读取加速度传感器上的振动信号。
一种主动振动控制装置的控制振动的方法，该方法为：采集飞机发动机产生的振动信号，并对该振动信号做PID调节，得到与发动机产生的振动信号频率相同、方向相反的信号，并对该信号进行功率放大，利用该功率放大后的信号产生与发动机产生的振动同周期、大小相同、方向相反的激振力，并将该激振力作用到发电机的机匣上，控制发电机的振动。
有益效果：本发明能有效地达到主动减振的目的，并且该具有实时性、高效性、结构简单、控制性强、控制范围广、控制精度高等优点。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2，其中(a)为振动控制前加速度的值，(b)为振动控制后加速度的值。
附图标记说明：1、信号发生器；2、第一功率放大器；3、第一激振器；4、减震器；5、加速度传感器；6、NI-cPRIO控制器；7、PC终端；8、第二功率放大器；9、第二激振器。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图1所示，本实施例提供一种主动振动控制装置及振动控制的方法；具体为：
步骤1，信号发生器1产生振动信号通过第一功率放大器2传递给第一激振器3，使第一激振器3产生震源。
步骤2，第一激振器3带动减震器4来回激振，加速度传感器5测得减震器4上的振动信号(该振动信号为与飞机发动机产生的振动信号相同的信号)，通过采集卡传送到控制模块中。
步骤3，控制模块对收到的振动信号进行PID调节，得到所需的输出波形(与振动信号频率相同、方向相反的信号)，并将与振动信号频率相同、方向相反的信号传送至第二功率放大器8。
步骤4，所述第二功率放大器8对收到的信号进行功率放大，并将放大后的信号传送至第二激振器9；第二激振器产生一个和震源同周期、大小相同、方向相反的激振力以抵消震源带来的振动，从而达到减振的目的；减震后减速度传感器的值。
所述减震器为弹簧阻尼减震器。
所述步骤1中第一、二功率放大器限流范围为3-12Arms，频率范围为0-10KHz,放大倍数为0-5倍；第一、二激振器最大激振力为200N，最大行程为10mm,频率范围为0-2KHz。
所述第一激振器和减震器通过螺栓连接，加速度传感器采用压电式，灵敏度为100mv/g的加速度传感器。
所述采集卡每隔10～100ms读取加速度传感器中的振动信号,对振动信号进行设计验证时，保证在降低振动的同时，要满足对控制算法执行时间的设计要求。
对应主动振动控制装置各个机构,本实施例中信号发生器产生一个频率为5Hz，振幅为1的正弦信号。
所述控制模块包括在上位机中完成的软件部分和硬件部分，硬件部分采用NI-cPRIO控制器6；软件部分在PC终端7完成，为PID调节模块。
本实施例中采集卡每隔100ms采集一次加速度传感器的振动信号，如图2(a)所示，振动控制前采集卡采集的振动信号(加速度传感器测得的值)；图2(b)中100ms以后为振动控制后的采集的振动信号；对比图2(a)和图2(b)本实施例对控制发动机振动具有显著的效果。
实际应用中，通过工程计算，当航空发动机产生有害振动时，合计设计控制模块和执行机构，可有效达到抑制振动的目的，提高发动机的正常工作和寿命。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (8)

1.一种主动振动控制装置，应用于抑制飞机发动机振动，其特征在于，包括信号发生器、第一、二功率放大器、第一、二激振器、加速度传感器、采集卡、减震器以及控制模块；所述减震器固定安装在第一激振器上，
信号发生器产生0-2KHZ的振动信号，并将该振动信号传送至第一功率放大器；所述功率放大器对收到信号进行功率放大，并将放大后的信号传送至第一激振器，第一激振器带动减震器来回激振，使得减震器产生与飞机发动机的振动相同的振源；所述加速度传感器安装在减震器上，将减震器产生的振动转换为振动信号；所述采集卡每隔一段时间采集加速度传感器上的振动信号，并将该信号传送至控制模块，控制模块对收到的振动信号进行PID调节，得到与振动信号频率相同、方向相反的信号，并将该信号输出至第二功率放大器；所述第二功率放大器对收到的信号进行功率放大，并将放大后的信号传送至第二激振器；第二激振器收到放大后的信号后产生一个和振源同周期、大小相同、方向相反的激振力，并将该激振力作用到第一激振器上，从而抵消振源带来的振动。
2.根据权利要求1所述的一种主动振动控制装置，其特征在于，所述第一激振器和减震器之间通过螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的一种主动振动控制装置，其特征在于，减震器为弹簧阻尼减震器。
4.根据权利要求1所述的一种主动振动控制装置，其特征在于，所述第一、二功率放大器限流范围为3-12Arms，频率范围为0-10KHz,放大倍数为0-5倍；第一、二激振器最大激振力为200N，最大行程为10mm,频率范围为0-2KHz。
5.根据权利要求1所述的一种主动振动控制装置，其特征在于，加速度传感器采用压电式且灵敏度为100mv/g的加速度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种主动振动控制装置，其特征在于，所述控制模块采用NI-cPRIO。
7.根据权利要求1所述的一种主动振动控制装置，其特征在于，所述采集卡每隔10～100ms读取加速度传感器上的振动信号。
8.基于权利要求1所述的一种主动振动控制装置的控制振动的方法，其特征在于，具体为：采集飞机发动机产生的振动信号，并对该振动信号做PID调节，得到与发动机产生的振动信号频率相同方向相反的信号，并对该信号进行功率放大，利用该功率放大后的信号产生与发动机产生的振动同周期、大小相同、方向相反的激振力，并将该激振力作用到发动机的机匣上，控制发电机的振动。
CN202010050597.6A 2020-01-17 2020-01-17 一种主动振动控制装置及振动控制的方法 Pending CN111271140A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010050597.6A CN111271140A (zh) 2020-01-17 2020-01-17 一种主动振动控制装置及振动控制的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010050597.6A CN111271140A (zh) 2020-01-17 2020-01-17 一种主动振动控制装置及振动控制的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111271140A true CN111271140A (zh) 2020-06-12

Family

ID=70997323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010050597.6A Pending CN111271140A (zh) 2020-01-17 2020-01-17 一种主动振动控制装置及振动控制的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111271140A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022126417A1 (zh) * 2020-12-16 2022-06-23 深圳市大疆创新科技有限公司 减振组件、无人机及无人机减振方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1727721A (zh) * 2004-07-30 2006-02-01 东海橡胶工业株式会社 有源振动隔离器
DE102007039548B3 (de) * 2007-08-21 2009-01-29 Eads Deutschland Gmbh System und Verfahren zur Schwingungsbeeinflussung
CN101576752A (zh) * 2009-06-15 2009-11-11 南京航空航天大学 柔性结构主动减振装置及其控制方法
CN102027263A (zh) * 2008-05-14 2011-04-20 翔风技术有限公司 减振装置和车辆
CN107831801A (zh) * 2017-12-08 2018-03-23 北京海月星科技有限公司 一种减振装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1727721A (zh) * 2004-07-30 2006-02-01 东海橡胶工业株式会社 有源振动隔离器
DE102007039548B3 (de) * 2007-08-21 2009-01-29 Eads Deutschland Gmbh System und Verfahren zur Schwingungsbeeinflussung
CN102027263A (zh) * 2008-05-14 2011-04-20 翔风技术有限公司 减振装置和车辆
CN101576752A (zh) * 2009-06-15 2009-11-11 南京航空航天大学 柔性结构主动减振装置及其控制方法
CN107831801A (zh) * 2017-12-08 2018-03-23 北京海月星科技有限公司 一种减振装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022126417A1 (zh) * 2020-12-16 2022-06-23 深圳市大疆创新科技有限公司 减振组件、无人机及无人机减振方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102980651B (zh) 风电机组状态监测方法、装置及系统
JP5026845B2 (ja) タービンエンジン用の監視システム及びガスタービンエンジン組立体
JP5571365B2 (ja) 捩りモード減衰装置
JP2004530825A (ja) パイロンの振動の監視
CN1755104A (zh) 用于变速风力涡轮机的减震系统和方法
EP3469213A1 (en) Damping of edgewise wind turbine blade vibrations
US10415548B2 (en) Active promotion of wind turbine tower oscillations
CN111271140A (zh) 一种主动振动控制装置及振动控制的方法
CN108225696B (zh) 馈能式轴系扭振测试系统
CN102865984B (zh) 一种斜拉索单模态瞬态激振系统
CN104261256A (zh) 一种塔机顶升状态在线监控系统及监控方法
CN111075638B (zh) 一种大型风力机叶片刚度改善装置
CN105952831B (zh) 一种用于非接触密封的偏心调节减振装置
CN212807550U (zh) 一种轨道车辆振动模拟及检测试验平台
CN203502004U (zh) 一种lvdt行程传感器辅助套件
Güçlü et al. Vibration analysis of induction motors with unbalanced loads
CN201963480U (zh) 一种用于风力发电机组的状态检测系统
CN111694338A (zh) 一种储能用电侧一次调频静态测试系统及测试分析方法
CN114486137B (zh) 一种桥梁激振减振一体化装置
Meinhardt et al. Application of a 245 metric ton dual-use active TMD system
EP3006729B1 (en) Rotating machine and installation for converting energy comprising such a machine
Zheng et al. The Study of Wind Turbine Blade Fatigue Test
Liu et al. Check for updates Research on Robustness Analysis and Evaluation Method of Bearing-Support System
CN114526128B (zh) 一种航空发动机内外机匣的主动振动控制系统及方法
CN110905603B (zh) 一种降低航空发动机整机振动的降振系统及降振方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200612